JPH0210660Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、増幅すべき信号の振幅に応じて出
力段増幅素子の電源電圧を切換えることにより電
力効率を高めた電力増幅器に係り、特に電源電圧
を切換える時に発生するスパイクノイズを減少さ
せるようにした電力増幅器に関する。

従来、オーデイオ用の電力増幅器として、増幅
すべき信号の振幅に応じて出力段増幅素子に供給
される電源電圧を切換え、これにより前記増幅素
子の損失を抑えて電力効率を向上させたものが知
られている。第１図はこのような電力増幅器の一
例を示す回路図である。

この図において、NPNトランジスタ１ａと
PNPトランジスタ１ｂとは、プツシユプル出力
段増幅回路を構成するものであり、信号入力端子
２に供給される入力信号をプツシユプル増幅して
負荷３に供給するようになつている。そしてこれ
らトランジスタ１ａ，１ｂの各コレクタには電源
電圧＋V_Lと、電源電圧−V_Lとがダイオード４ａ，
４ｂを各々介して供給されると共に、電源電圧＋
V_H（＋V_H＞＋V_L）と電源電圧−V_H（−V_H＜−V_L）
とがNPNトランジスタ５ａ、PNPトランジスタ
５ｂを各々介して供給されるようになつている。
この場合、トランジスタ５ａ，５ｂはバイアス電
源６ａ，７ａとバイアス電源６ｂ，７ｂとにより
各々バイアスされ、前記入力信号の振幅が所定振
幅を越えた領域においてのみ同振幅に応じて導通
するようになつている。したがつて、入力信号の
振幅が前記所定振幅より小さい場合はトランジス
タ１ａ，１ｂの各コレクタ電圧＋Vs，−Vsは
各々＋V_L，−V_Lとなり、また入力信号の振幅が前
記所定振幅を越えると前記コレクタ電圧＋Vs，−
Vsは各々＋V_H，−V_Hを上限として前記入力信号
の振幅に応じて変化する。すなわち、第１図に示
す電力増幅器においては、トランジスタ１ａ，１
ｂの両エミツタ抵抗の接続点Ｐに得られる出力信
号の電圧をe₀とした場合、トランジスタ１ａ，１
ｂの各コレクタ電圧＋Vs，−Vsは第２図に示す
ように変化する。

ところで、このように構成された従来の電力増
幅器においては、増幅すべき信号の振幅が前記所
定振幅を越える時点（例えば第２図における時刻
t₁，t₃）において、トランジスタ５ａ，５ｂが導
通開始して同トランジスタ５ａ，５ｂのコレクタ
電流が急激に増加し、一方増幅すべき信号の振幅
が前記所定振幅以下に減少する時点（例えば第２
図に示す時刻t₂，t₄）においては、トランジスタ
５ａ，５ｂが非導通状態に移行して同トランジス
タ５ａ，５ｂのコレクタ電流が急激に零になる。
したがつて第２図における時刻t₁，t₂，t₃，t₄の
ようにトランジスタ１ａ，１ｂに供給される電源
電圧が切換えられる時点において、出力信号e₀に
第２図に示すようなスパイクノイズが乗る（すな
わちスイツチング歪が発生する）という問題があ
り、これは特に増幅すべき信号の周波数が高い領
域で顕著になる。つまり、入力信号の周波数が高
い程、一定時間あたりのトランジスタ５ａ，５ｂ
の立上り回数が増加するため、一定時間あたりの
スパイクノイズも増加する。そこで従来このよう
な欠点をなくすために、出力段増幅素子に供給す
る電源電圧の波形の立上り、立下りをなまらせて
前述したようなスパイクノイズの大きさを低減さ
せるようにしているが、断続的に入来する高レベ
ルの高周波信号に対しては一定時間あたりのスパ
イクノイズの発生回数を減少させることができな
いという不都合があつた。

この考案は上記の点に鑑み、断続的に入来する
高レベル高周波信号を増幅する場合に問題となる
電源電圧切換時のスパイクノイズの発生回路を極
めて効果的に減少させることができる電力増幅器
を提供するもので、増幅すべき信号の振幅が所定
の振幅より大きくなつた時にこの信号を第１の信
号経路を介して出力段増幅素子の電源電圧を切換
えるトランジスタのベースに供給して同トランジ
スタを導通させ、出力段増幅素子の電源電圧を高
くすると共に、この信号の高域周波数成分の振幅
が所定の振幅より大きい場合には第２の信号経路
により前記トランジスタのベース電圧を高レベル
側に保持して同トランジスタの導通を所定期間保
持させ、同トランジスタの立上り、立下り回数を
減らすようにしたことを特徴としている。

以下、この考案の一実施例を図面にしたがつて
説明する。第３図はこの考案による電力増幅器の
第１の実施例を示す回路図である。この図におい
て、２は増幅すべき信号（入力信号）が供給され
る信号入力端子であり、この信号入力端子２は、
バイアス電源6_a-1を介してNPNトランジスタ８
ａ（ドライブ段のトランジスタ）のベースに接続
されている。このトランジスタ８ａのコレクタは
第１の電源入力端子9_a-1（電源電圧＋V_H）に接続
され、また同トランジスタ８ａのエミツタは
NPNトランジスタ１ａ（出力段増幅素子）のベー
スに接続されている。トランジスタ１ａのコレク
タは第１のダイオード４ａのカソードに接続され
ると共にNPNトランジスタ５ａ（電源電圧切換回
路）のエミツタに接続されている。前記ダイオー
ド４ａのアノードはコイル１０ａと抵抗１１ａと
の並列接続回路を介して第２の電源入力端子9_a-2
（電源電圧＋V_L、但し＋V_L＜＋V_H）に接続され、
一方前記トランジスタ５ａのコレクタは前記第１
の電源入力端子9_a-1に接続されている。また同様
にして、前記信号入力端子２は、バイアス電源
6_b-1を介してPNPトランジスタ８ｂ（ドライブ段
のトランジスタ）のベースに接続され、同トラン
ジスタ８ｂのコレクタは第３の電源入力端子9_b-1
（電源電圧−V_H）に接続され、また同トランジス
タ８ｂのエミツタはPNPトランジスタ１ｂ（出力
段増幅素子）のベースに接続されている。このト
ランジスタ１ｂのコレクタは第２のダイオード４
ｂのアノードに接続されると共にPNPトランジ
スタ５ｂ（電源電圧切換回路）のエミツタに接続
されている。前記ダイオード４ｂのカソードはコ
イル１０ｂと抵抗１１ｂとの並列接続回路を介し
て第４の電源入力端子9_b-2（電源電圧−V_L、但し
−V_L＞−V_H）に接続され、一方前記トランジス
タ５ｂのコレクタは前記第３の電源入力端子9_b-1
に接続されている。そしてトランジスタ１ａ，１
ｂの両ベース間には抵抗１４が介挿され、またこ
れらトランジスタ１ａのエミツタとトランジスタ
１ｂのエミツタとの間には抵抗１２ａ，１２ｂが
順次直列に介挿され、これら両抵抗１２ａ，１２
ｂの接続点は信号出力端子１３に接続されてい
る。また１５ａは、増幅すべき信号の振幅（正側
の振幅）が所定振幅より大きい時にこれを検出し
て前記トランジスタ５ａを導通させる第１の立上
り制御回路（第１の信号経路）であり、トランジ
スタ８ｂのエミツタとトランジスタ５ａのベース
との間に順次直列に介挿されたバイアス電源１８
ａ、ツエナーダイオード１７ａおよびダイオード
１６ａからなつている。この場合、バイアス電源
１８ａは、負側端子がトランジスタ８ｂのエミツ
タに接続され、かつ正側端子がツエナーダイオー
ド１７ａのアノードに接続されており、またダイ
オード１６ａは、アノードがツエナーダイオード
１７ａのカソードに接続され、かつカソードがト
ランジスタ５ａのベースに接続されている。また
１９ａは、増幅すべき信号における高域周波数帯
の信号の振幅（正側の振幅）が所定振幅より大き
い時にこれを検出してトランジスタ５ａを導通さ
せ、かつこの導通状態をある時定数で非導通状態
に移行させる第１の立下り制御回路（第２の信号
経路）であり、トランジスタ８ａのエミツタとト
ランジスタ５ａのベースとの間に順次直列に介挿
されたハイパスフイルタ２０ａおよびピークホー
ルド回路２１ａからなつている。また同様に、１
５ｂは増幅すべき信号の振幅（負側の振幅）が所
定振幅より大きい時にこれを検出して前記トラン
ジスタ５ｂを導通させる第２の立上り制御回路
（第１の信号経路）であり、トランジスタ８ａの
エミツタとトランジスタ５ｂのベースとの間に順
次直列に介挿されたバイアス電源１８ｂ、ツエナ
ーダイオード１７ｂおよびダイオード１６ｂから
なつている。また１９ｂは、増幅すべき信号にお
ける高域周波数帯の信号の振幅（負側の振幅）が
所定振幅より大きい時にこれを検出してトランジ
スタ５ｂを導通させ、かつこの導通状態をある時
定数で非導通状態に移行させる第２の立下り制御
回路（第２の信号経路）であり、トランジスタ８
ｂのエミツタとトランジスタ５ｂのベースとの間
に順次直列に介挿されたバイパスフイルタ２０ｂ
およびピークホールド回路２１ｂからなつてい
る。なお、前記ピークホールド回路路２１ａ，２
１ｂは、ハイパスフイルタ２０ａ，２０ｂの出力
のピーク値をホールドすると共に、このホールド
されたピーク値が予め設定された時定数で減少す
るように構成されたものである。

次に、以上の構成による電力増幅器の動作を説
明する。

まず、信号入力端子２に供給される入力信号の
振幅が小さい場合には、トランジスタ１ｂのベー
ス電圧の振幅も小さいから第１の立上り制御回路
１５ａの出力電圧はトランジスタ５ａを導通し得
る電圧には到達しない。またこの場合、トランジ
スタ１ａのベース電圧の振幅も同様に小さいから
第２の立上り制御回路１５ｂの出力電圧もトラン
ジスタ５ｂを導通し得る電圧に到達しない。した
がつてこの場合、トランジスタ１ａのコレクタに
は、コイル１０ａ、抵抗１１ａの並列接続回路お
よびダイオード４ａを介して電源電圧＋V_Lが印
加され、またトランジスタ１ｂのコレクタには、
コイル１０ｂ、抵抗１１ｂの並列接続回路および
ダイオード４ｂを介して電源電圧−V_Lが印加さ
れている。しかしてこの場合には、信号入力端子
２に供給される入力信号はトランジスタ８ａ，８
ｂにより相補的に増幅されてトランジスタ１ａ，
１ｂに供給され、ここで電源電圧＋V_L，−V_Lを用
いてプツシユプル増幅され信号出力端子１３から
出力される。

次に、前記入力信号の正側の振幅が前記所定振
幅より大きい場合には、この入力信号の振幅に応
じてトランジスタ１ｂのベース電圧が高くなつて
第１の立上り制御回路１５ａの出力電圧が上昇
し、トランジスタ５ａが前記入力信号の振幅に応
じて導通する。これにより、第１の電源入力端子
9_a-1に印加されている電源電圧＋V_Hが、トランジ
スタ５ａを介してトランジスタ１ａのコレクタに
供給される。この場合、トランジスタ１ａのコレ
クタ電圧＋Vsは前記入力信号の振幅に比例し、
かつ前記電源電圧＋V_Hを上限として上昇する。
したがつて前記入力信号はトランジスタ１ａにお
いて、より高い電源電圧＋Vsで飽和することな
く増幅される。またこの場合、ツエナーダイオー
ド１７ａの順方向の立上りカーブ（立上り特性）
は、一般の整流用ダイオードに較べて緩やかであ
るから、前記入力信号の電圧が急激に高くなつた
場合においても、トランジスタ５ａのベース電圧
は緩やかに上昇することになり、したがつてトラ
ンジスタ５ａのコレクタ電流はそれほど急激に変
化せず、スパイクノイズが発生することは少な
い。

また前記入力信号の負側の振幅が所定振幅より
大きい場合も上述した動作と同様に、第２の立上
り制御回路１５ｂの出力電圧がトランジスタ５ｂ
を導通させトランジスタ１ｂのコレクタ電圧−
Vsを前記入力信号の振幅に応じて、かつ電源電
圧−V_Hを下限として下降させる。これにより、
トランジスタ１ｂは前記入力信号を飽和すること
なく増幅することができる。また信号入力端子２
に供給される入力信号の振幅が所定振幅より大き
く、かつその周波数が高い場合は、上述した動作
（入力信号の振幅が所定振幅より大きい場合の動
作）と並行して更に以下に述べる動作が行なわれ
る。すなわち、ピークホールド回路２１ａは、ハ
イパスフイルタ２０ａを通過するトランジスタ１
ａのベース電圧に対応する電圧（周波数の高い電
圧信号）の正のピーク値を取込み、かつこのピー
ク値を所定の時定数で減衰させる。また同様に、
ピークホールド回路２１ｂは、バイパスフイルタ
２０ｂを通過するトランジスタ１ｂのベース電圧
に対応する電圧の負のピーク値を取込み、かつこ
のピーク値を所定時定数で減衰させる。

したがつて、信号出力端子１３に得られる出力
信号の電圧をe₀とした場合、トランジスタ１ａ，
１ｂの各コレクタ電圧＋Vs，−Vsは第４図に示
すように変化する。すなわち入力信号の周波数が
高い場合には、トランジスタ５ａ，５ｂが導通さ
れてから、その導通状態が所定の時定数で徐々に
非導通状態に移行されて（すなわち立下りが制御
されて）、電源電圧の切換に伴うスパイクノイズ
の発生が防止される。なおこの場合、入力信号に
含まれている低域周波数成分はハイパスフイルタ
２０ａ，２０ｂによつて各々阻止されるようにな
つているから、これら立下り制御回路１９ａ，１
９ｂは周波数の低い入力信号に対して動作するこ
とはなく、これによつてこの電力増幅器の前記立
下り制御回路１９ａ，１９ｂによる効率の低下が
防止されている。また立下り制御回路１９ａ，１
９ｂは入力信号の急激な立上りに対しては充分に
応答することが困難であるが、この場合には前記
立上り制御回路１５ａ，１５ｂが確実に動作す
る。

またこの実施例においては、コンプリメンタリ
増幅回路を構成している正側のトランジスタ１ａ
の電源電圧切換を負側のトランジスタ１ｂのベー
ス電圧によつて制御し、かつ負側のトランジスタ
１ｂの電源電圧切換を正側のトランジスタ１ａの
ベース電圧によつて制御していることから、信号
入力端子２に供給される入力信号の振幅が正の振
幅である場合には、この時点において入力信号の
増幅に関与していない負側の回路によつてトラン
ジスタ１ａの電源電圧を制御することができ、ま
た逆に前記入力信号の振幅が負の振幅である場合
には、この時点で入力信号の増幅に関与していな
い正側の回路によつてトランジスタ１ｂの電源電
圧を制御でき、各トランジスタ１ａ，１ｂの電源
電圧切換に伴なう入力信号への悪影響を少なくす
ることができる。

第５図はこの考案による電力増幅器の第２の実
施例を示す回路図であり、この図に示す電力増幅
器はコンプリメンタリ形プツシユプル増幅回路を
構成している正側のトランジスタの電源電圧切換
（立上り時の切換）を同トランジスタのベース電
圧によつて制御し、負側のトランジスタの電源電
圧切換（立上り時の切換）を同トランジスタのベ
ース電圧によつて制御するようにしたものであ
る。この図において、２２はドライブ段の増幅器
であり、信号入力端子２に供給される入力信号は
この増幅器２２により増幅され、バイアス電源
6_a-2を介してトランジスタ１ａのベースに供給さ
れている。そしてトランジスタ１ａのベース電圧
は、バイアス電源6_a-3、ダイオード16_a-1（順方
向）を順次直列に介してトランジスタ５ａのベー
スに供給されており、これによつて前記入力信号
の振幅が所定振幅より大きくなると、同トランジ
スタ５ａが導通してトランジスタ１ａは飽和する
ことなく増幅作用を行なう。また前記増幅器２２
の出力は、ハイパスフイルタ２０ａ、ピークホー
ルド回路２１ａを順次直列に介してトランジスタ
５ａのベースに供給されており、これにより前記
入力信号の周波数が高く、かつその振幅が所定振
幅より大きい時には、トランジスタ５ａが導通さ
れ、かつこの導通状態が所定の時定数で所定期間
保持される。なおこの実施例における負電源側回
路は、上述した正電源側回路と相補構成となつて
おり、上述した動作と同様の動作を行なう。

第６図はこの考案による電力増幅器の具体的な
構成例を示す回路図であり、この図において第３
図の各部と対応する部分には同一の符号が付して
ある。この図において、信号入力端子２に供給さ
れる入力信号はバイアス電源6_a-1を介してトラン
ジスタ８ａのベースに供給され、このトランジス
タ８ａにより増幅されてトランジスタ１ａのベー
スに供給され、ここで再び増幅され信号出力端子
１３から出力される。また、負電源側の増幅回路
も上述した正電源側の増幅回路と同様に構成され
ている。

またここでは、抵抗２３ａ，２４ａ、バイアス
電圧を発生するためのツエナーダイオード18_a-1
立上り制御用のツエナーダイオード１７ａ、ダイ
オード１６ａおよびブートストラツプ用のコンデ
ンサ２５ａにより第１の立上り制御回路15_a-1が
構成され、前記入力信号の正側の振幅が所定振幅
より大きくなつてトランジスタ８ｂのエミツタ電
圧が高くなると、立上り制御回路15_a-1における
ツエナーダイオード18_a-1と抵抗２４ａとの接続
点電圧が上昇し、この電圧上昇によりツエナーダ
イオード１７ａ、ダイオード１６ａを順次直列に
介してトランジスタ２６ａ、トランジスタ５ａが
導通される。またコンデンサ２７ａ，２８ａ、抵
抗２９ａ〜３１ａ、PNPトランジスタ３２ａ、
ツエナーダイオード３３ａおよび抵抗３４ａによ
り出力信号の高域周波数成分のみを通過させるハ
イパスフイルタ（カツトオフ周波数は例えば1K
Hz程度）が構成されると共に、ダイオード３５
ａ、抵抗３６ａ、コンデンサ３７ａ電界効果トラ
ンジスタ３８ａにより前記ハイパスフイルタを通
過した高域周波数成分のピーク値を所定の時定数
（抵抗３６ａの値とコンデンサ３７の値でほぼ決
まり、例えば1ms程度）で保持するピークホール
ド回路が構成され、これらハイパスフイルタおよ
びピークホールド回路により第１の立下り制御回
路19_a-1が構成されている。そしてこの場合、前
記トランジスタ１ａにより増幅される信号の周波
数が高くかつ振幅が大きい時には、上述した第１
の立上り制御回路15_a-1の動作と並行して第１の
立下り制御回路19_a-1における電界効果トランジ
スタ３８ａのゲート電圧が上昇し、トランジスタ
２６ａ，５ａの導通状態が所定期間保持される。
なおこの図に示すコンデンサ３９ａは発振防止用
のコンデンサであり、ダイオード４０ａはトラン
ジスタ２６ａ，５ａが逆バイアスされるのを防止
するものであり、抵抗１１ａ，４１ａ、コイル１
０ａおよびコンデンサ４２ａは雑音除去を行なう
ローパスフイルタを構成するものである。また抵
抗４３，４４、コイル４５およびコンデンサ４６
は接続負荷にかかわらず回路動作の安定化を図る
ための補償回路を構成するものである。なおこの
実施例における負側電源回路も上述した正電源側
回路と同様に構成され、これら正電源側回路およ
び負電源回路により前記入力信号が相補的に増幅
される。

以上説明したようにこの考案による電力増幅器
は、入力信号の振幅が所定の振幅より大きくなつ
た時に電源電圧切換回路の出力電源電圧を高レベ
ル側に切換える第１の信号経路と、前記入力信号
と高域周波数成分の振幅が所定の振幅より大きく
なつた時に前記電源電圧切換回路の出力を高レベ
ル側に保持させると共に、この出力を漸次低レベ
ル側に移行させる第２の信号経路とを設けたの
で、高レベル高周波信号に対してはスパイクノイ
ズの発生回路を減少させることができる。そし
て、スパイクノイズによる影響が小さい高レベル
低周波信号に対しては、第２の信号経路を動作さ
せないことによつて、顕著な消費電力低減効果を
呈する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電力増幅器の一構成例を示す回
路図、第２図は第１図に示す電力増幅器を説明す
るための波形図、第３図はこの考案による電力増
幅器の第１の実施例を示す回路図、第４図は第１
の実施例を説明するための波形図、第５図はこの
考案による電力増幅器の第２の実施例を示す回路
図、第６図はこの考案による電力増幅器の具体的
な構成例を示す回路図である。 １ａ，１ｂ……出力段増幅素子（トランジス
タ）、２……信号入力端子、５ａ，５ｂ……電源
電圧切換回路（トランジスタ）、１５ａ，１５ｂ
……第１の信号経路（第１の立上り制御回路、第
２の立上り制御回路）、１９ａ，１９ｂ……第２
の信号経路（第１の立下り制御回路、第２の立下
り制御回路）。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 出力段増幅素子に供給する電源電圧を電源電圧
   切換回路により入力信号に応じて切換えて前記入
   力信号の増幅を行う電力増幅器において、 前記入力信号の振幅が所定の振幅よりも大きく
   なつた時に前記電源電圧切換回路の出力電源電圧
   を高レベル側に切換える第１の信号経路と、 前記入力信号の高域周波数成分のみを検出し、
   その振幅が所定の振幅より大きくなつた時に前記
   電源電圧切換回路の出力を高レベル側に保持させ
   ると共に、この出力を漸次低レベル側に移行させ
   る第２の信号経路と を具備して成る電力増幅器。